Äädikhappe sisalduse kontroll tiitrimisega
Keemiaolümpiaadi praktikumis kontrollib õpilane poest ostetud lauaäädika märgistust. Pudelil on kirjas „äädikhape 5%“, mis tähendab massiosa lahuses. Õpilane pipeteerib 10,00 cm³ äädikat 250 cm³ koonilisse kolbi, lisab 2 tilka fenoolftaleiini ja tiitrib 0,500 mol/dm³ naatriumhüdroksiidi lahusega. Kolm tiitrimist annavad mahud 17,1 cm³, 17,3 cm³ ja 17,2 cm³; esimene, kiire proov (19,6 cm³) jäeti arvestusest välja. Äädika tiheduseks mõõdeti 1,01 g/cm³. Praktikumi juhend nõuab tulemuse esitamist massiprotsendina ja hinnangut, kas märgistus on usaldusväärne (lubatud hälve ±10% suhteliselt). Kaasõpilane märkab, et pipett loputati enne kasutamist destilleeritud veega, ja küsib, kas see muudab tulemust. Mõõtmised tehti 21 °C juures ja bürett oli eelnevalt loputatud naatriumhüdroksiidi lahusega. Õpilane peab oma arvutuse ja järelduse esitama kirjalikult koos ühikute ja oluliste numbritega.
1. Arvuta tiitrimisandmete põhjal äädikhappe massiprotsent ja otsusta, kas märgistus „5%“ on usaldusväärne. Näita arvutuskäiku.
Read the worked answer
1. Keskmine tiiter: (17,1 + 17,3 + 17,2) / 3 = 17,2 cm³ = 0,0172 dm³.
2. Naatriumhüdroksiidi ainehulk: n(NaOH) = c·V = 0,500 mol/dm³ · 0,0172 dm³ = 8,60·10⁻³ mol.
3. Reaktsioon 1:1 (CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O), seega n(äädikhape) proovis = 8,60·10⁻³ mol.
4. Kontsentratsioon: c = n/V = 8,60·10⁻³ mol / 0,01000 dm³ = 0,860 mol/dm³.
5. Mass 1 dm³ lahuses: m = n·M = 0,860 mol · 60,05 g/mol ≈ 51,6 g.
6. Massiosa: 1 dm³ äädika mass on 1010 g, seega w = 51,6 g / 1010 g = 0,0511 → 5,1%.
7. Hinnang: erinevus märgitud 5,0%-st on 0,1 protsendipunkti ehk umbes 2% suhteliselt, mis on kümme korda väiksem lubatud ±10%-st. Märgistus on usaldusväärne. Tulemus on ka keemiliselt mõistlik, sest 5% äädikhape on tüüpiline lauaäädikas.
2. Hinda, kuidas mõjutab tulemust see, et pipett loputati destilleeritud veega, ja miks jäeti esimene tiitrimine (19,6 cm³) arvestusest välja.
Read the worked answer
Veega loputatud pipett: kui pipetti loputada destilleeritud veega, jääb sinna tilkhaaval vett. Pipeteeritud 10,00 cm³ sisaldab siis pisut vähem äädikat kui puhtal juhul – proov on lahjendatud. Vähem hapet tähendab väiksemat naatriumhüdroksiidi kulu ja seega alahinnatud tulemust. Mõju on väike (mõni tilk 10 cm³ kohta ehk alla 1%), kuid süstemaatiline. Pipett tuleb loputada väikese koguse tiitritava lahusega. Samal põhjusel peab bürett olema loputatud NaOH lahusega – veega loputamisel lahjeneks tiitrant ja kuluv maht suureneks ehk tulemus tuleks üle hinnatud.
Miks jäeti 19,6 cm³ kõrvale: see oli kiire proov, mille eesmärk oli leida ligikaudne lõpp-punkt, mitte mõõta mahtu. Proov on teistest selgelt erinev (umbes 2,4 cm³ rohkem), sest lõpp-punkt lasti tõenäoliselt üle. Kolm ülejäänud lugemit on omavahel hajuvusega 0,2 cm³ ja nende keskmine vähendab juhuslikku viga.
3. Selgita, miks kasutati just fenoolftaleiini, kuidas määrata lõpp-punkti ja mida näitaks sama katse metüülpunasega.
Read the worked answer
Indikaatori valik: tiitrimisel tekib nõrk alus (naatriumatsetaat), seega on ekvivalentpunkt nihkunud aluselisse piirkonda, pH ligikaudu 8,7. Fenoolftaleiin muutub värvusetuks alla pH 8,2 ja roosaks vahemikus 8,2–10,0 – tema üleminekupiirkond katab ekvivalentpunkti. Seepärast sobib ta hästi.
Lõpp-punkti määramine: tilk NaOH lahust teeb lahuse nõrgalt roosaks; lõpp-punkt loetakse siis, kui õrn roosa värvus püsib 30 sekundit ega kao segamisel. Kestvus on oluline, sest lühiajaline värvus võib tekkida lokaalsest üleliigsest alusest.
Metüülpunasega muutuks värvus juba pH 3,1–4,4 juures ehk tunduvalt enne ekvivalentpunkti. Kuna äädikhape on nõrk hape, jääb osa happest sel hetkel neutraliseerimata ja tiitrimine lõpetataks liiga vara – tulemus tuleks märgatavalt väiksem ja märgistuse kontroll annaks vale vastuse. Sobimatu indikaator tekitaks süstemaatilise, mitte juhusliku vea.